来源:EETOP BBS 作者:JohnHilo 1. 电流镜 在之前一直对最简单的电流镜的失配存在一些误解,比如下图中最简单的电流镜,输出电流和输入电流失配应该如何改善?之前的理解认为加大电流镜管子尺寸可以提升精度,但其实真正决定失配精度的是MOS管的Length。
在上面的公式中,忽略了失配的二次项。
上一步计算中,同样是忽略了失配的二次项。 先看右边部分,L越大,σW越小。W越大,σL就越小。因此
两者刚好抵消,因此对输出电流的失配没有影响。 然后观察左边部分,这边会有一个前提,即输出电流是不变的。因此可以将上边的公式转化为:
AVth是与MOS管尺寸成反比的。
从上边的公式中可以看出,只有L能改善失配特性,L增加一倍,失配性能能改善一倍。 仿真结果 在cadence上搭建了简单的电流镜电路,用monte-carlo仿真得到输出电流的失配标准差。 从上边的表格中可以看到,增加L可以明显改善失配特性。W的改变只能稍微影响sigma。
2. N电流镜 当电流镜MOS管不相等时,如下图所示: 如下的仿真结果也验证了上面的理论分析:
因此,sigma随着电流增加而变大,但是与输出电流的比例是不变的,均是23.5m。 Sigma / Iout = 23.5m
3. 不同输出电流之间的失配 在实际使用的过程中,我们关注的往往不是一路输出电流和被镜像电流之间的关系,而是不同路输出电流之间的匹配关系。如下图所示: 两路输出的MOS管尺寸比为M:N。 可以认为两路输出均是互相独立的随机事件,而且由之前的章节可以得到I_out1和I_out2的标准差为Mσ和Nσ。 根据概率论的内容,两路输出电流的标准差为: 仿真结果: M/N从1/1,2/2,3/3的sigma满足公式。 可以看到,M=N=1时,sigma=23.5m。M=N=2时,sigma=1/sqrt(2)*23.5m=16.6m。M=N=3时,sigma=1/sqrt(2)*sqrt(2/3)*23.5=13.56m. 实际仿真结果与理论计算十分符合。 当M=1,N=2时,Iout1/Iout2=0.5。理论计算的sigma=1/sqrt(2)*sqrt(3/2)*23.5/2=10.18m。 当M=1,N=3时,Iout1/Iout2=1/3。理论计算的sigma=1/sqrt(2)*sqrt(4/3)*23.5/3=6.4m。 (这两种情况下,23.5除了实际的电流比例。这是因为23.5m是1:1时的sigma,如果是1/2,那么sigma就会减半。) 最后一种情况是M=2,N=1,此时电流比例为2。理论计算的sigma=1/sqrt(2)*sqrt(3/2)*23.5×2=40.72m。也是和仿真结果十分符合的.
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